Departamento de Control Automático
Título: Factibilidad de uso de cosecha mecanizada en base a la humedad del suelo.
Autor: José Pablo Sánchez Morales
Tutores: Dr.C Luis Hernández Santana,
Ms.C Carlos A. Perez Garcia
Ing. Alexander Rodríguez Conte
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Control Automático
TRABAJO DE DIPLOMA
“Factibilidad de uso de cosecha mecanizada en base a la humedad del suelo”
Autor: José Pablo Sánchez Morales
[email protected]Tutores: Dr.C Luis Hernández Santana
Ms.C Carlos A. Perez Garcia
Ing. Alexander Rodríguez Conte
Santa Clara 2021
" Año 63 de La Revolución "
Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas, y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian” subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos estudios.
Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente:
Atribución- No Comercial- Compartir Igual
Para cualquier información contacte con:
Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830 Teléfonos.: +53 01 42281503-1419
PENSAMIENTO
Está bien celebrar el éxito, pero es más importante prestar atención a las lecciones del fracaso Bill Gates
DEDICATORIA
A mis padres, por el sacrificio y su apoyo en todas las decisiones que he tomado.
A mi mujer Lisbeth, por el amor incondicional y ayuda en todo momento.
A mis suegros, por la acogida e incorporarme como un hijo más.
A mis amistades, por siempre estar presentes hasta cuando nos encontramos alejados.
A mis tutores, por guiarme hacia una mejor tesis.
A todos los profesores que han contribuido a mi formación profesional.
AGRADECIMIENTOS
A mi mamá por sacrificarse en todo momento para que yo pueda salir adelante. A mi mujer que me ha acompañado en estos momentos difíciles. A los ingenieros que han aportado datos necesarios. A los que han revisado con detenimiento esta tesis para contribuir en su mejoría. A todos los que han hecho posible que llegue este momento tan importante.
RESUMEN
La población a medida que pasen los años irá aumentando, esto se convierte en un reto para la agricultura por aumentar su producción generando el menor impacto posible al medio ambiente. El uso de la maquinaria cañera ha permitido aumentar áreas de siembra en detrimento del estado del suelo y facilitando la erosión, que se ve influida directamente por la compactación provocada por el paso de la maquinaria, sistemas de tráfico agrícola controlado, Agricultura de Precisión y rodajes alternativos han sido utilizados para minimizar los efectos de los pases de los equipos sobre el campo esto es demostrado por la continua búsqueda de automatización en el sector con la importación de cosechadoras cañeras Case IH desde hace más de una década y el trabajo en softwares como Quantom GIS (QGIS) para la adquisición de datos que permiten el estudio de los parámetros del terreno. El presente trabajo, basándose en las facilidades que ofrecen este tipo de maquinaria y el software QGIS, analiza la factibilidad de una planificación del trabajo de las cosechadoras en lugares donde la humedad del suelo lo resulte propicio, conociendo la humedad a través de métodos indirectos.
Palabras clave: Agricultura de Precisión, Case, Sentinel, QGIS, humedad.
ABSTRACT
The population as the years go by will increase, this becomes a challenge for agriculture to increase its production while generating the least possible impact on the environment. The use of sugarcane machinery has made it possible to increase planting areas to the detriment of the state of the soil and facilitating erosion, which is directly influenced by compaction caused by the passage of machinery, controlled agricultural traffic systems, Precision Agriculture and alternative filming have been used to minimize the effects of the equipment passing over the field, this is demonstrated by the continuous search for automation in the sector with the importation of Case IH sugar cane harvesters for more than a decade and the I work in software such as Quantom GIS (QGIS) for data acquisition that allow the study of terrain parameters. The present work, based on the facilities offered by this type of machinery and the QGIS software, analyze the feasibility of a work planning of harvesters in places where soil moisture is conducive, knowing the moisture through indirect methods.
Keywords: Precision Agriculture, Case, Sentinel, QGIS, moisture.
TABLA DE CONTENIDOS
PENSAMIENTO ... i
DEDICATORIA ... ii
AGRADECIMIENTOS ... iii
RESUMEN ... iv
ABSTRACT ... v
TABLA DE CONTENIDOS ... vi
INTRODUCCIÓN ... 1
CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO ... 6
1.1 Agricultura de Precisión. ... 6
1.2 Sistemas de Información Geográfica. ... 8
1.3 Maquinarias utilizadas para la cosecha de la caña de azúcar en Cuba ... 11
1.4 Incidencia de la humedad en el cultivo de la caña de azúcar. ... 15
1.4.1 Métodos para la estimación de la humedad. ... 17
1.5 Empleo de imágenes satelitales para estimar parámetros biofísicos de los cultivos. ... 19
1.5.1 Satélite Sentinel-2 ... 21
1.6 Conclusiones del capítulo ... 23
CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS ... 24
2.1 Soluciones para mejorar la traficabilidad de los vehículos en terrenos blandos ... 24
2.2 Límites de la humedad del suelo ... 26
2.3 Índices vegetativos para la estimación de humedad. ... 28
2.2.1 Método de análisis espectral único ... 29
2.2.2 Método del índice de vegetación ... 30
2.4 Herramientas de QGIS ... 34
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 37
3.1 Descripción del área de estudio ... 37
3.2 Visualización de capas importadas desde el GeoPackage... 40
3.3 Creación del índice ... 42
3.3.1 Calculadora ráster ... 42
3.3.2 Cortar ráster por capa de máscara ... 45
3.4 Trabajo vectorial ... 46
3.4.1 Píxel ráster a puntos ... 46
3.4.2 Unir atributos por localización ... 47
3.5 Clasificación de los campos atendiendo a su aptitud para la cosecha mecanizada ... 47
3.6 Creación del modelo para la automatización ... 49
3.7 Creación de un flujo de trabajo ... 52
3.8 Análisis económico y medioambiental ... 55
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 57
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 58
INTRODUCCIÓN
Cuba es un país en el que la caña de azúcar es de suma importancia, esta ha jugado un papel fundamental en la modernización y progreso del país, por ejemplo, la implementación del ferrocarril, la creación de ingenios, entre otros. El país es reconocido a nivel mundial por contar con una gran variedad del preciado recurso (más de 100 variedades), esta y sus derivados tienen un alto valor en el mercado mundial. Este producto se utiliza para producir rones que se fabrican en el territorio que cuentan con un alto prestigio a nivel mundial [1].
Otro factor en el que radica la importancia de la caña es en el trabajo que se realiza en la quema de caña de azúcar en Cuba, la cual es una iniciativa innovadora que contribuye a preservar el medio ambiente. Consiste en utilizar el bagazo de la caña de azúcar para la quema y generación energética a partir de biomasa. Los centrales azucareros en Cuba se valen de todo el bagazo que queda de la producción y de esta manera se evita el exceso de quema de combustible fósil [1].
De la mano del desarrollo tecnológico que va alcanzando el país se trabaja en la búsqueda de aumentar la producción, así como su calidad debido a la alta relevancia que esta ocupa en la economía cubana. La Agricultura de Precisión (AP) busca exactamente esto, desarrollar la agricultura de forma sostenible y sustentable, en este sentido se crea una nueva forma de gestión de parcelas.
El concepto sobre el que se basa la AP es aplicar la cantidad correcta de insumos, en el momento adecuado y en el lugar exacto. Esto es posible debido a la integración funcional de dispositivos de alta tecnología incorporados a las maquinarias agrícolas, entre los que se encuentran: receptores de posicionamiento, sensores, computadoras de abordo, etc. La AP es el uso de la tecnología de la información para adecuar el manejo de suelos y cultivos a la variabilidad presente dentro de un lote. Esta involucra el uso del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS, por sus siglas en inglés) y de otros medios electrónicos para obtener datos del cultivo [2].
El empleo de la AP se extiende a todas las etapas del proceso productivo, donde las tareas a realizar son planificadas en base a información captadas en anteriores operaciones. La inserción de las tecnologías citadas con anterioridad, ha propiciado la obtención de datos en tiempo real sobre las variables que se dan en los campos de cultivo, lo que permite obtener información detallada del área cultivable y la operación llevada a cabo. Con dicha
información es posible establecer regímenes de trabajo sobre la base de las necesidades reales de los cultivos. Una de estas variables que comúnmente son relevantes para el estudio de la agricultura es la humedad del suelo, puesto que está estrechamente relacionado con el rendimiento del cultivo y el trabajo mecanizado en el campo. La AP además reduce la mano de obra por lo que abarata el costo, aumenta la eficiencia en el uso del agua, disminuye el uso de agroquímicos y proporciona información sobre posibles condiciones climáticas perjudiciales como las intensas lluvias que provocan daños en el cultivo.
En Cuba se ha desarrollado a pasos agigantados la agricultura, aprovechando la inserción de la AP en el cultivo de la caña de azúcar y la introducción de cosechadoras cañeras pertenecientes a la firma Case IH con Sistema Avanzado de Cultivo (AFS, por sus siglas en inglés) a partir del 2008 que han permitido elevar el rendimiento agrícola, proporcionando a la industria mayor producción en menor tiempo y con menor gasto. A pesar de las ventajas que trae su uso está restringido al corte mecanizado, desaprovechándose los restantes beneficios que ofrece [3]. También se han dado pasos de avance en la utilización de la toma de imágenes espectrales para analizar las plantaciones cañeras, encaminado principalmente hacia el análisis de la humedad del suelo. El uso de esta maquinaria pesada apoyada con imágenes espectrales logra elevar aún más sus potencialidades.
El aspecto más importante de la humedad es garantizar elevados rendimientos del cultivo.
Además, es preciso tener en cuenta que la humedad está relacionada con las condiciones climáticas (las lluvias), el empleo de estas técnicas impide el malgasto del recurso agua (si llueve, no es necesario el riego), ya que es posible cuantificar las necesidades hídricas reales del cultivo. Por otra parte, es necesario tener en cuenta la humedad para la cosecha mecanizada (evitar el uso de las mismas en terrenos con exceso de humedad, impidiendo así que se atasquen las maquinarias).
En la Universidad “Marta Abreu” de las Villas (UCLV), se han realizado varias investigaciones en forma de trabajo de diploma, maestrías y artículos científicos sobre la temática del uso de la AP en la caña de azúcar, específicamente el uso del desarrollo tecnológico de las maquinarias agrícolas. Entre los más renombrados está la tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Automática de Carlos Alejandro Pérez en 2019 [4], en el cual se diseña un Sistema de Información Geográfica basado en
software libre que permite la gestión integrada de la información geográfica para la aplicación de prácticas de agricultura avanzada en la caña de azúcar, el presente trabajo está muy relacionado con dicha maestría y a la vez con el trabajo de diploma de Javier Molina en 2015 [5], donde describe el sistema automatizado presente en las cosechadoras Case IH A8000 y concluye que las mismas tienen potencialidades para la aplicación de técnicas de AP en la caña de azúcar.
Por otro lado, el Grupo de Automatización, Robótica y Percepción (GARP) de la UCLV y la Estación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar de Villa Clara (ETICA), han trabajado de conjunto en el análisis de la respuesta espectral de sembrados experimentales de caña de azúcar. Todo ello, a partir de fotogrametría obtenida con la utilización de un vehículo aéreo no tripulado (VANT). Sin embargo, también se trabaja en validar el uso de imágenes multiespectrales obtenidas a través de servicios satelitales libres con mayor área de cobertura, con el objetivo de procesarlas y analizarlas para la ejecución de prácticas agronómicas de precisión. Estas tareas se encuentran en marco del Programa Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Automática, Robótica e Inteligencia Artificial (ARIA+CAÑA) y de su proyecto “Herramientas de Automática, Robótica e Inteligencia Artificial para incrementar la eficiencia de la Producción de Caña de Azúcar”.
El GARP también se ha enfocado en la determinación de la humedad del suelo de forma indirecta a partir de índices tomadas de imágenes multiespectrales. Su colectivo se ha apoyado en trabajos como el de D. Zhang y G. Zhou [6], en el cual se explican algunos métodos para estimar la humedad del suelo partir de imágenes satelitales.
El empleo de la maquinaria en las labores agrícolas ha propiciado extender las áreas productivas y reducir el esfuerzo del personal; sin embargo, su uso trae consigo factores adversos como la erosión, desertificación, salinización y la compactación de los suelos, estos problemas se acentúan cuando el suelo está húmedo. En la agricultura cañera la alta humedad puede causar la parada del corte de caña por tanto la detención de la zafra, esto se traduce en grandes pérdidas económicas.
En el contexto de la producción cañera cubana, el conocimiento de las condiciones hídricas del suelo es un aspecto esencial para la planificación del calendario de corte, de forma tal que no existan contratiempos de atascamiento de las maquinarias. En este sentido el uso de las tecnologías de los Sistemas de Información Geográficas, de conjunto con las imágenes
satelitales constituyen una fuente de información para llevar a cabo las tareas de planificación de las futuras contiendas.
Precisamente el problema científico que plantea este trabajo es que, pese a las investigaciones realizadas en el área de la mecanización no se cuenta en el país con un calendario de corte basado en la humedad del suelo para lograr el uso óptimo de las Case IH. Por lo que con este proyecto se pretende contribuir al desarrollo eficiente del trabajo de las maquinarias pesadas en la agricultura cañera y ofrecer una respuesta a la constante demanda de mejorar la producción de caña que permita obtener soluciones a la economía cubana.
Al determinar la factibilidad de uso de la cosecha con maquinaria pesadas bajo altas condiciones de humedad del suelo, apoyada en las múltiples herramientas que ofrece QGIS, permitirá a los especialistas e investigadores planear el trabajo de las mismas en función de la información mostrada, para su mejor utilización. Logrando así continuar desarrollando al máximo la técnica y contribuir al cuidado y protección del medio ambiente, además de evitar pérdidas económicas.
Objetivo general:
Determinar la factibilidad de uso de la cosecha mecanizada en base a la humedad del suelo obtenida por teledetección.
Objetivos específicos:
Analizar el estado del arte y aspectos conceptuales referentes a la estimación de la humedad relativa del campo sobre la base de imágenes satelitales.
Identificar los parámetros constructivos del sistema de rodaje de las cosechadoras y su incidencia en campos de elevada humedad y caracterizar las condiciones límites de humedad que permiten la operación de estas maquinarias en el campo.
Describir los métodos que se utilizan actualmente para el análisis de los índices de humedad del suelo mediante imágenes satelitales multiespectrales.
Desarrollar procedimiento para determinar cómo obtener un correcto uso de la maquinaria cañera en suelos con alta humedad, apoyándose en la teledetección.
Realizar un caso de estudio para validación del procedimiento implementado.
Estructura
En el capítulo uno se realiza la caracterización de la Agricultura de Precisión y su importancia. Al igual se analizan aspectos conceptuales referentes a los Sistemas de Información Geográfica, de las maquinarias en cuanto a eficiencia atendiendo a la tecnología que posee. Se hace énfasis en las prestaciones de estas cosechadoras para el trabajo en suelos de alta humedad, se caracterizan los diferentes métodos de estimación y se explica la utilidad del empleo de las imágenes satelitales para estimar parámetros biofísicos de los cultivos.
En el capítulo dos se definen los límites de humedad del suelo basado en el criterio de expertos. Se clasifican los suelos atendiendo a la humedad. Se analizan los índices vegetativos para la estimación de humedad entre los que se encuentran NDMI, MSI, NDWI entre otros. Se muestran las herramientas de QGIS para implementar lo que se proponen en el trabajo que es un calendario de corte, donde se señala en un mapa de colores los campos aptos para la cosecha, los menos aptos y los que no están aptos.
En el capítulo tres se selecciona un área para realizar el estudio y se describe sobre la base de la información que tiene la ETICA (Área que ocupa, números de los bloques, variedad de caña sembrada y tipo). Posteriormente se realiza una prueba real de la solución propuesta en la presente investigación, para ello se seleccionan como muestra las áreas productivas del Central Azucarero Héctor Rodríguez de la provincia de Villa Clara. Se presentan los mapas con el índice calculado y se describen. Luego se presentan los mismos campos, pero ya clasificados a través de un mapa con distintas escalas de colores, según la humedad promedio del campo y por último se genera el calendario de corte sobre la base de la humedad del campo.
La Tesis consta de 69 páginas, con 4 tablas y 27 figuras incluidas. Se revisaron 39 fuentes bibliográficas.
CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO
En este capítulo, se muestran conceptos y características de temas que giran alrededor de los Sistemas de Información Geográfica, enfatizando en los elementos que la componen y su integración con la Agricultura de Precisión. Además, se caracteriza la maquinaria pesada utilizada actualmente en la agricultura avanzada, así como los diferentes métodos que se pueden utilizar para la estimación de la humedad del suelo tanto directa como indirectamente, este último acápite tendrá una mayor relevancia en el cumplimiento del objetivo planteado.
1.1 Agricultura de Precisión.
La Agricultura de Precisión es un término utilizado para definir la gestión de parcelas agrícolas sobre la base de la observación, la medida y la actuación frente a la variabilidad inter e intra-cultivo, optimizando espacial y temporalmente el ciclo de vida de diferentes cultivos a través de tecnologías, elementos y estudios de manera amigable con el medio ambiente. Requiere un conjunto de tecnologías formadas por el Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS, por sus siglas en inglés), sensores e imágenes tomadas desde satélites o de vehículos aéreos no tripulados, junto con Sistemas de Información Geográfica para estimar, evaluar y entender dichas variaciones. La información recolectada puede ser empleada para evaluar con mayor precisión la densidad óptima de siembra, estimar la cantidad adecuada de fertilizantes o de otros insumos necesarios, obtener la humedad del suelo y predecir con más exactitud el rendimiento y la producción de los cultivos [2, 7].
Las tecnologías de la AP cuentan con herramientas claves dentro del sistema, como lo son el GNSS y el desarrollo de la electrónica, lo que ha permitido el registro de datos en tiempo real de rendimientos agrícolas y operaciones de las maquinarias; y de este modo satisfacer una de las exigencias de la agricultura moderna: el manejo óptimo de grandes extensiones.
La principal ventaja es que el análisis de resultados de los ensayos se puede realizar por sectores diferentes dentro de un mismo lote, y de esta manera ajustar el manejo diferencial dentro de los mismos. Por ejemplo, los rendimientos de dos cultivos pueden ser idénticos si se usan los promedios, pero diametralmente opuestos ante irregularidades del terreno dentro del mismo lote. La representación digital de dicha variable en escala de colores, es conocida como mapa de rendimiento. Del mismo modo, es posible analizarse otros
parámetros como: el tipo y la dosis de fertilizante a aplicar, la densidad de semilla, la fecha de siembra, el espaciamiento entre hileras, etc. El uso de las tecnologías de la Agricultura de Precisión puede ayudar al aumento del valor del rendimiento (cantidad y/o calidad) y de una reducción en la cantidad de insumos [2].
La AP, involucra el uso de los avances tecnológicos en áreas como los Sistemas de Posicionamiento, los Circuitos Integrados y los Computadores de Abordo en la generación de información que permita realizar un tratamiento adecuado a las áreas cultivables sobre la base de las necesidades reales del cultivo.
Ventajas de la AP:
Obtiene información actualizada del estado del suelo.
Reduce la aplicación de pesticidas y fertilizantes.
Contribuye al cuidado y protección del medio ambiente.
Mejora de la calidad del producto final.
Aumenta la producción.
Alcanza información más precisa y de trazabilidad, muy importante en las zonas con carencias de nitrógeno.
Disminuye el uso de combustible en la maquinaria pesada.
Para facilitar su estudio, las herramientas de la AP se pueden clasificar en categorías:
GNSS.
Monitoreo de rendimiento y mapeo.
Muestreo intensivo de suelos.
Percepción remota.
Dispositivos electrónicos (pequeños ordenadores portátiles, que se instalan a bordo de la maquinaria agrícola, y permiten el almacenamiento de los datos proporcionados por los sensores).
Sistema de Información Geográfica (SIG).
Los Sistema de Información Geográfica se han convertido en eslabones primordiales en el avance de la agricultura de precisión. Es por ello que a continuación se realiza un análisis detallado sobre este tema.
1.2 Sistemas de Información Geográfica.
Varios autores han proporcionado definiciones de los SIG, una de las más difundidas es la aportada por Víctor Olaya [8], que lo define como un elemento complejo que engloba una serie de otros elementos conectados, cada uno de los cuales desempeña una función particular. Estos elementos son: los datos, los procesos, la tecnología y la visualización.
Ello permite el procesamiento de la información geográfica con el fin de presentar a los usuarios nuevos datos calculados indirectamente de conjunto con otras fuentes de información.
Un SIG es el conjunto de softwares creados para analizar, almacenar y mostrar datos cartográficos. En el que los datos del terreno no son mostrados en forma de dibujo, como lo hacen mapas convencionales, sino como información o datos. Estos datos además de mostrar el mapa convencional aportan una serie de información útil obtenida espacialmente, con la ventaja de ser flexibles a la hora de representarlos, permitiendo además la obtención de nuevos mapas a partir de datos ya existentes [9].
Los SIG representan los datos en dos modos: vector y ráster (Figura 1.1), cada uno de los cuales con características diferenciales. En el modo vector se considera que todas las características de la superficie de la tierra se pueden interpretar como un punto, línea o polígono. Cada característica almacenada en la base de datos de SIG debe estar especificada por su localización en la superficie de la tierra, y mantener relación espacial con el resto de características que le rodean. Este modo se prefiere en aplicaciones urbanas.
En cambio, el modo ráster es ideal a la hora de trabajar con imágenes digitalizadas, datos remotos y para realizar todo tipo de análisis. En este modo se almacenan los datos en celdas o píxeles, generalizando así la localización de características a una matriz regular de celdas [8, 10].
a) b)
Figura 1.1 Representación de datos más usados en QGIS a) vectorial y b) ráster.
Los datos en SIG suelen almacenarse en diferentes capas, estas son ficheros o partes de un fichero que contienen información espacial de una sola variable, pudiendo contener información espacial y temática con características topográficas particulares. Así habrá una capa para los ríos, otra para vegetación, otra para asentamientos humanos, facilitando con esto el acceso a ciertos datos en particular. Además de los modos de almacenamiento de los datos, en SIG también puede incluirse información no espacial, relacionada con cada punto o zona del mapa [8].
El uso de los Sistemas de Posicionamiento se ha convertido en una herramienta indispensable tanto para tareas de producción como para tareas personales, pero por sí solos no constituyen la AP. Es necesario un sistema que permita el acceso a toda esa información recopilada de un modo organizado, el manejo de los datos y análisis de los mismos, facilitando su interpretación y la toma de decisiones. Aquí es donde cobra importancia el papel del SIG, debido a todas sus características previamente mencionadas. Así, a medida que la AP se expande, los SIG se expanden con ella.
Para el manejo de los datos almacenados se ha hecho necesario la creación de softwares que constituyen herramientas para llevar a cabo las tareas básicas del trabajo con datos geográficos: creación, edición, manejo y análisis.
Entre los SIG que más se utilizan a nivel mundial se encuentran:
El Sistema de Soporte a Análisis de Recursos Geográficos (GRASS, por sus siglas en inglés), es reconocido como el primer SIG basado en software libre, con las características de ser modular y permitir el análisis de datos vectoriales y ráster.
GRASS porta más de 350 módulos e incluye herramientas para el modelado
espacial, la gestión y análisis de datos geoespaciales y el procesamiento de imágenes satelitales.
El Sistema de Información Geográfica de la Generación Valenciana (GvSIG, por sus siglas en inglés), está destinado a trabajar con fuentes de información de una gran diversidad, tanto en formato ráster como vectorial. Posee, al igual que GRASS una arquitectura modular.
El Sistema Automatizado de Análisis Geocientífico (SAGA, por sus siglas en inglés), es un software de procesamiento que incluye un gran conjunto de algoritmos geocientíficos y es especialmente potente para el análisis de Modelos Digitales de Elevaciones (DEM, por sus siglas en inglés).
Quantum GIS (QGIS), es el software referente dentro de los usuarios de la geomática en general. Distribuido bajo una Licencia Pública General de GNU, se encuentra disponible para plataformas como: Linux, Unix, Mac OS y Microsoft Windows. Al igual que sus antecesores permite manejar datos en formatos ráster y vectoriales, con la particularidad de hacerlo a través de las bibliotecas de Abstracción de Datos Geoespaciales (GDAL, por sus siglas en inglés) y de Características Simples (OGR, por sus siglas en inglés). Además, integra otras funcionalidades heredadas de SIG reconocidos como GRASS y SAGA.
Cuba ha avanzado en el desarrollo de SIG que respondan a diferentes contextos de aplicación. Muestra de ello son los trabajos realizados por la agencia de software GEOMIX adscrita a la empresa GEOCUBA en el desarrollo de un servidor de mapas basado en los estándares del Consorcio Geoespacial Abierto (OGC, por sus siglas en inglés). Esta integración ha posibilitado la implementación de aplicaciones como MovilWeb la cual consiste en realizar el seguimiento de vehículos sobre cartografía vectorial dentro de una arquitectura cliente-servidor. La aplicación controla los vehículos sobre una red de comunicaciones, reconstruyendo el comportamiento del mismo en un determinado período de tiempo y analizando parámetros como la velocidad desarrollada, las detenciones realizadas, las salidas fuera de la ruta planificada, entre otros [4].
La Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) de conjunto con la empresa GEOCUBA también ha diseñado otra aplicación relacionada con los SIG llamada Génesis. Esta plataforma tiene el objetivo de proporcionar servicios de acceso a la información geográfica
para su consulta, análisis y visualización mediante una interfaz de usuario sencilla. Esta permite a los usuarios consumir, manipular y consultar bases de datos cartográficas digitales, de diversos formatos y orígenes [4].
En el caso particular de la agricultura cañera en el país, se reporta como uno de los primeros trabajos relacionados con los SIG, el ordenamiento territorial de la provincia Villa Clara llevado a cabo a través del SIG MapInfo donde se digitalizó el mapa de las unidades de producción de la empresa azucarera provincial a nivel de campo y de suelo. Además, se expuso el potencial productivo de los suelos destinados al cultivo de la caña de azúcar [11].
En la práctica con esta investigación se obtuvo una base cartográfica provincial de las áreas destinadas al cultivo de la caña de azúcar. Dicha información, vinculada con las bases de datos de los servicios agrícolas posibilitó la creación de mapas temáticos referentes al uso actual de los suelos, el comportamiento de los rendimientos cañeros, entre otros. Con este análisis fue posible contrarrestar el déficit de nutrientes en las parcelas a través de una estrategia de aplicación de insumos. Posteriormente la investigación se extendió por todo el país y sirvió de base a posteriores análisis de ubicación de los cultivos con el fin de realizar un manejo apropiado de los mismos.
De forma general, los SIG destinados a la agricultura cañera implementados hasta el momento en el país han establecido las bases metodologías de regionalización, zonificación y lotificación del cultivo de caña de azúcar; en la búsqueda de incrementar los rendimientos y realizar un manejo adecuado de las áreas cultivables. Estas técnicas son capaces de favorecer el rendimiento de la mecanización agrícola, acompañada por el propio desarrollo tecnológico que estas vienen teniendo en las últimas décadas. En numerosas zonas cañeras alrededor del mundo han venido surgiendo técnicas que lo demuestran.
1.3 Maquinarias utilizadas para la cosecha de la caña de azúcar en Cuba
Existen cuantiosas regiones en los que la cosecha de la caña de azúcar es un renglón importante en su economía. Tully (Australia) es una de ellas, en la cual en la década de los 70 alrededor de 750000 t de caña se quedaron sin poderse cosechar a causa de la alta humedad para el trabajo de la maquinaria pesada, para evitar otra gran pérdida de producción se iniciaron una serie de medidas: se comenzaron trabajos encaminados a elevar la movilidad de las cosechadoras, mediante el montaje de sistemas de rodaje de semiorugas y orugas, los que posteriormente se perfeccionaron dando lugar a la aparición de
cosechadoras integrales de baja presión específica sobre el suelo (49,68 kPa); también se trabajó con autopropulsados sobre orugas, con 6 t de capacidad de carga y una presión específica media sobre el suelo de 51 kPa; además se comenzó a usar como forma de transbordo la autodescarga, con ayuda de transportadores en el fondo y los laterales de las cajas, lo que disminuye las pérdidas por derramamiento y elimina la exigencia de que su capacidad de carga tiene ser múltiplo de la del equipo de tiro [12].
En Estados Unidos de América la cosecha cañera se produce en cuatro estados: Florida, Louisiana, Texas y Hawái; de los que los dos primeros representan más del 90% del área total de caña. En los estados de Florida, Louisiana y Hawái la cosecha se realiza en condiciones de alta humedad de los suelos, sobre todo en los dos últimos en los que es una condición permanente. Para evitar pérdidas productivas por esta causa se diseñaron máquinas de alta capacidad de procesamiento, montadas sobre orugas y remolques con neumáticos de alta flotación, los que se tiraban dentro del campo con ayuda de tractores con orugas y fuera de este con cuñas tractoras de carretera. También se ensayaron remolques sobre orugas, con presiones sobre el suelo de 40 kPa y capacidad de carga de 8 t, diseñados para sacar la caña hacia las orillas [12].
Específicamente en Louisiana se dedican al cultivo de la caña de azúcar zonas pantanosas del delta del río Mississippi, drenadas artificialmente, las que se cosechan en otoño, período muy lluvioso. Por esta razón, la cosecha en alta humedad se asume como un problema permanente, que ha dado lugar a un sistema propio de cosecha mecanizado; caracterizado por el uso de máquinas sencillas de poco peso. Con el propósito de mejorar el trabajo en estas condiciones se introdujeron cosechadoras integrales autopropulsadas, tanto sobre neumáticos extra anchos como sobre orugas, con presiones sobre el suelo en el orden de los 77.5 kPa con neumáticos y por debajo de este con orugas, como las CAMECO CHT 2500, CAMECO CHT 2000 y posteriormente la TIGER, sobre neumáticos de alta flotación [12].
En el caso de La Florida sucede algo semejante a Louisiana en cuanto a clima se refiere, con suelos con problemas de drenaje no tan acentuados, pero con zonas cañeras muy pantanosas como Los Everglades. Para la cosecha en suelos con alta humedad los primeros modelos de CLAAS utilizaban semiorugas de acero, mientras que los posteriores semiesteras y esteras con bandas de goma o metal, con las que reducen los daños al suelo y aumentan aún más la capacidad de paso de la máquina [12].
Otras de las zonas con alta humedad se encuentran en Argentina donde las condiciones de exceso de humedad al inicio y fin de la zafra en Tucumán (la más importante del país) provocan inconvenientes que derivan en demoras e interrupciones en la zafra. Con el fin de atenuar esta situación se encuentra disponible un novedoso sistema que permite transformar la cosechadora integral con neumáticos convencionales en una semi-oruga. Este sistema se monta en el lugar correspondiente a la rueda trasera de la cosechadora, en el mismo campo, en aproximadamente dos horas. Esto constituye una alternativa valiosa que permite realizar la cosecha en las condiciones de humedad excesiva [12].
Cuba constituye otra de las zonas con alta humedad, en la que la utilización de la maquinaria pesada en época lluviosa dificulta en gran medida la zafra. Por esta razón desde la década de los 60, se desarrollaron diversos estudios encaminados a brindar solución a este problema, principalmente en la zona Norte de Villa Clara, los que contemplaron la evaluación de diferentes modelos de cosechadoras (KTP-2, KTP-23, TOFT-6000, CLAAS CC 2000, CCA-3), tanto con neumáticos como con semiesteras; varios modelos de tractores de 14 kN y 30 kN, y de remolques con los que se ensayaron las variantes remolque autobasculante sobre esteras de hierro, remolque autobasculante CC-M6 con doble puente trasero con neumáticos 14-20 y la evaluación de dos maquetas de un equipo autopropulsado autobasculante sobre semiesteras [12-14].
Los resultados obtenidos pusieron de manifiesto la necesidad de utilizar cosechadoras con un sistema de rodaje de semiesteras o esteras, con los que se logran menores presiones específicas sobre el suelo, y el uso de un ancho de vías en los puentes que respete una franja de seguridad mínima de 400 mm a ambos lados de la cepa. Estas modificaciones permiten elevar su capacidad de paso hasta un 70% de humedad en los suelos, con grandes ventajas desde el punto de vista económico y técnico.
El Grupo Empresarial AZCUBA, seha dado a la tarea de continuar introduciendo en sus Empresas Azucareras,maquinarias de elevada tecnología como el modelo CASE-IH en el 2014 con la serie A8000. Estas se encuentran entre las maquinarias líderes de su tipo, proporcionando una elevada eficiencia y disponibilidad para la aplicación de Sistemas Avanzado deGestión Agrícola. Todo ellorespaldado en un novedoso paquetetecnológico, que no ha sido utilizado en su totalidad por la Empresa Azucarera Cubana hasta la fecha.
Esta posee dos modelos cuya diferencia básica se basa en el empleo de llantas o esteras
(orugas) para la tracción. Estos modelos son el A8000 (Figura 1.2) y el A8800 respectivamente (Figura 1.3) [13, 15].
Figura 1.2 Case IH A8000
Figura 1.3 Case IH A8800
Estos últimos modelos poseen alta tecnología al punto de que el operador puede controlar la dirección y la transmisión electrónicamente. Estas cosechadoras poseen un rendimiento operativo de 80 toneladas de caña por hora, y utiliza aproximadamente 0.6 litros de combustible por cada una de las toneladas de caña cortada. Poseen sensores, actuadores,
receptor de GNSS y el monitor de rendimiento AFS Pro 700 que permite visualizar el comportamiento de los parámetros de la máquina [16].
Como se afirmó anteriormente las cosechadoras CASE IH A8800 se diferencian a los otros modelos en que poseen esteras, su ventaja se ve reflejada principalmente en el trabajo en suelos húmedos, ello está respaldado por una investigación realizada en 2017 [17], en la cual se determinó la compactación y variación del suelo provocado por el tráfico de la cosechadora CASE IH A8800 en suelos húmedos. En ella se obtuvo la resistencia a la penetración, la densidad aparente y la variación del suelo antes y después del tráfico de este modelo de cosechadora en suelos con 60,8 % de humedad. Esta provocó un incremento de la resistencia a la penetración de 12,5 % y un incremento máximo de la densidad aparente de 8,9 %. La densidad aparente después de la cosechadora quedó ≈ 1 g/cm3 distante del valor de 1,15 g/cm3 considerado como valor límite de compactación a partir del cual se afecta el crecimiento de las plantas, en el tipo de suelo investigado, lo cual demuestra que las máquinas con esteras son apropiadas para la cosecha en suelos húmedos. La escasa afectación al suelo provocado por esta máquina la hacen adecuada para su utilización durante la cosecha en alta humedad (≥ 50 %) [18].
Uno de los principales inconvenientes que puede presentar el trabajo de la maquinaria pesada en estas zonas es el referente a la humedad del suelo. Aunque el uso de las CASE IH 8800 se desenvuelve a la perfección en estas condiciones, esta viene acompañada de tractores o camiones que portan neumáticos en vez de esteras que con carga pesada se atascan con facilidad en estos campos húmedos.
1.4 Incidencia de la humedad en el cultivo de la caña de azúcar.
La humedad en cultivos como la caña de azúcar tiene sus ventajas producto a que la misma requiere de condiciones de humedad apropiadas para que pueda desarrollarse. No obstante, en razón de su largo período vegetativo y de que es un cultivo cuyo desarrollo se encuentra en un país tropical se ve obligado a soportar todo tipo de variaciones climáticas. Debe pasar, de situaciones de abundantes lluvias en algunas épocas del año a las de sequía en otras, lo que trae consigo varios inconvenientes.
A causa de la gran expansión geográfica que ha alcanzado este cultivo es común hallarlo en diversos lugares y condiciones. Por ejemplo, en el macizo cañero del norte de Villa Clara, el cual está ubicado en una zona de bajo escurrimiento de las aguas, por tanto, en períodos
de lluvia la humedad aumenta en gran medida, dificultándose el uso de las maquinarias pesadas en estos campos.
Este cultivo durante su primera fase de crecimiento absorbe humedad del aire no saturado que la rodea. Sin embargo, si las condiciones de humedad son de saturación, el proceso de transpiración puede cesar y por lo tanto inhibir su crecimiento cuando tales condiciones permanecen por largo tiempo como ocurre en las épocas de lluvia [19].
Por lo general, la floración se presenta al comienzo de la temporada seca cuando la humedad del aire gira alrededor del 75%. Con temperaturas altas en el día y bajas en la noche, y con una baja humedad relativa, la maduración es eficiente. Pero altas temperaturas acompañadas de alta humedad, favorecen el desarrollo de fitopatógenos [19]. Por estas razones queda demostrado que el factor de la alta humedad de los suelos es uno de los elementos que afecta el cultivo de la caña de azúcar, tanto para su desarrollo como para el uso de maquinarias a lo largo de su cultivo.
El uso intensivo de la maquinaria agrícola en la agricultura moderna tiene consecuencias negativas para el suelo y para los cultivos en general, este es uno de los factores que degradan el suelo ya que es la causa directa de los siguientes fenómenos:
Reducción del espacio poroso entre las partículas del suelo, provocando la limitación del movimiento del aire y agua dentro de este, afectando también el drenaje, la respiración, el desarrollo del sistema radicular y la captación de nutrientes.
Caída de los rendimientos agrícolas de los cultivos entre 15 y un 25 %, así como la reducción de la cantidad de cosechas permisibles en cultivos no estacionarios.
Incremento de la resistencia específica al laboreo del suelo, necesitándose entre 1.5 y 1.8 veces más energía.
Destrucción de la estructura del suelo y reducción de su fertilidad.
Las vías por las cuales transitar, así como cantidad de veces que lo hace sobre el cultivo, son aspectos muy importantes para cualquier estudio de la compactación del suelo en la agricultura. Así se podrá determinar el área compactada y hacia dónde dirigir las labores de descompactación. Un tránsito inadecuado puede provocar una compactación de más del 80
% de la superficie plantada [20, 21].
Las condiciones climáticas de Cuba obligan a realizar los trabajos mecanizados en la agricultura mayormente cuando el suelo tiene la humedad cercana a la más factible para compactarlo. Es común asociar la compactación en alta humedad a las profundas huellas dejadas en el terreno húmedo por la maquinaria, cuando lo que ocurre en realidad es que se entierra en ocasiones la capa vegetal que está bajo el rodaje y se levantan las capas superiores del subsuelo. Esto propicia que se destruya el perfil de la superficie del cantero cultivable y se causen daños mecánicos al sistema radicular, lo cual puede resultar tan o más perjudicial como la propia compactación, pero son fenómenos diferentes. En esas condiciones la capacidad de comprimir el suelo por estar la totalidad de los poros ocupados por agua es baja. La estimación de la humedad del suelo es un parámetro esencial en la capacidad que tienen las maquinarias agrícolas de cosechar bajo estas condiciones desfavorables [20-22].
1.4.1 Métodos para la estimación de la humedad.
La humedad del suelo es la cantidad de agua por volumen de tierra que hay en un terreno.
Se trata de una variable importante en la agricultura porque sirve como disolvente para el transporte de los nutrientes que las plantas precisan para crecer. También contribuye a regular la temperatura del suelo, favoreciendo de igual forma el desarrollo de microorganismos beneficiosos para los cultivos, como los encargados de fijar el nitrógeno[23].
Para comprender las técnicas que se utilizan para su estimación es necesario conocer algunos aspectos que están estrechamente vinculados con las misma. La energía potencial del agua contenida en el suelo está integrada por el potencial gravitacional, el potencial de presión y el potencial osmótico. En la mayoría de los casos, la mezcla de agua y suelo puede ser considerada localmente homogénea, por lo que el potencial osmótico llega a ser insignificante. El potencial gravitacional se define como el trabajo requerido para elevar el agua desde un punto inferior en el propio suelo hasta uno más elevado que generalmente es la superficie del suelo, debido a que el potencial gravitacional es calculable, la energía potencial de la humedad del suelo está limitado a la medición de su potencial de presión.
Para determinar esta presión potencial se utilizan métodos directos e indirectos, estos permiten conocer si la humedad del suelo es la idónea y decidir si es necesario un aporte extra a través del riego o si está apta para el uso de maquinaria pesada, para ello es
recomendable apoyarse en sistemas de monitorización precisos. La información que transmite el sentido del tacto al palpar la tierra es un método aceptado y comprobado, pero requiere de experiencia para obtener resultados válidos. Los métodos que se utilizan para medir esta presión potencial son descritos a continuación. Independientemente del tipo de método aplicado, en cada caso es necesario determinar la humedad del suelo en numerosos puntos del sitio de estudio, debido a su alta variabilidad espacial.[24]
Las técnicas utilizadas para medir la cantidad de agua existente en un suelo se pueden clasificar en:
Directas: que consisten básicamente en pesar una muestra de tierra antes y después de su paso por un horno de secado.
Indirectas: que consisten en la estimación de la humedad del suelo mediante una relación con otra variable medible.
Cada método posee características los cuales lo hacen beneficioso para trabajos diferentes.
Las técnicas incluidas en el grupo de los métodos directos, por ejemplo, ofrecen una gran exactitud y son asequibles, pero conllevan la destrucción del suelo y su ejecución lleva mucho tiempo, lo que en la práctica hace inviable su obtención en tiempo real. Por lo tanto, en actividades agrícolas, mantenimiento de campos de golf, jardines, zonas de ocio, etc., se suelen emplear los métodos indirectos.
Los dispositivos más comunes para medir la humedad del suelo de forma indirecta son:
Sensores volumétricos, estos miden la cantidad de agua existente a la profundidad que se colocan. El sistema más común es la monitorización de la constante dieléctrica, que es la capacidad que tiene el suelo para transmitir electricidad. Esta aumenta cuanto mayor es el contenido de agua. Su principal ventaja es que posee una exactitud elevada y alteran mínimamente el suelo.
Tensiómetros, estos miden la intensidad de la fuerza con la que el suelo retiene el agua, o lo que es lo mismo, la cantidad de agua que la planta tiene a su disposición con un esfuerzo mínimo. Este sistema se basa en el entierro del dispositivo hasta la zona radicular de las plantas.
Sensores de estado sólido, también conocidos como bloques de yeso, que consisten en dos electrodos incrustados en un bloque de material poroso, generalmente yeso, y conectados a un cable que transmite la información a un medidor portátil. Aunque
son simples y asequibles, su tiempo de reacción es lento y las lecturas que ofrecen cambian con el tiempo a medida que el bloque de yeso se disuelve.
La elección de cualquiera de los tres métodos va a depender de varios parámetros:
Textura del suelo. Si la textura es fina, el agua queda retenida de manera muy fuerte, dificultando la monitorización a través de tensiómetros.
Frecuencia de monitorización deseada. Los tiempos de respuesta entre los distintos dispositivos varían.
Propiedades físicas del suelo. Variable que puede condicionar el empleo de equipos que precisan un buen contacto entre el suelo y el instrumento.
Mantenimiento de los aparatos. Aspecto condicionado por el tipo de suelo y las condiciones hidrológicas.
Con el creciente avance de las tecnologías llega a nuestros días otro método indirecto basado en imágenes provistas por servicios satelitales multiespectrales. Estas proporcionan información de la superficie terrestre que no son visibles a simple vista; que permite la determinación indirecta de variables agronómicas como la humedad del suelo, a partir del cálculo de índices vegetativos. Mediante el análisis multitemporal de estas imágenes de satélite es posible hacer un seguimiento de la evolución de las diferentes comunidades vegetales y de los cultivos agrícolas.
Los índices de vegetación, son imágenes calculadas a partir de operaciones algebraicas entre distintas bandas espectrales. El resultado permite obtener una nueva imagen donde se destacan gráficamente determinados píxeles relacionados con parámetros de las coberturas vegetales: densidad, índice de área foliar y actividad clorofílica [10]. Estas bandas espectrales son obtenidas satelitalmente, las cuales cada vez aportan mejores imágenes, que se traducen en mayor información recopilada.
1.5 Empleo de imágenes satelitales para estimar parámetros biofísicos de los cultivos.
Existen métodos por los cuales se puede estimar la humedad del suelo que requieren una serie de datos tomados de imágenes aéreas. Estas permiten de manera indirecta conocer ciertos parámetros necesarios para el estudio del terreno cultivable. Los índices vegetativos son obtenidos a partir de dos fuentes de información fundamentalmente que poseen sensores (cámaras) capaces de captar información fuera del espectro visible: la
fotogrametría aérea basada en vehículos aéreos no tripulados (VANT) (Figura 1.4) y las imágenes satelitales (Figura 1.5) [10].
Figura 1.4 Toma de imágenes por VANT
Figura 1.5 Imágenes satelitales
La adquisición de imágenes de alta resolución espacial tiende a ser costosa, aunque en ocasiones necesaria. En los últimos años ello se ha tratado de erradicar con la presencia de varias empresas gubernamentales y privadas que han disminuido significativamente el precio de estas imágenes con una resolución adecuada para el trabajo en la agricultura [25].
Sentinel-2 figura entre las misiones espaciales de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) más diversificadas en las aplicaciones agrícolas. Basada en la constelación de dos satélites distribuyen, gratuitamente, imágenes con alta resolución
espacial, temporal y espectral. Estas características posibilitan la generación de mapas que permiten conocer el estado del suelo, cobertura vegetal, contenido de clorofila, contenido de agua en las hojas, entre otros.
La ESA posee un portal de acceso gratuito en el cual se podrá realizar la descarga de las imágenes, este posibilita la realización de procesamientos previos como la reducción de la reflectancia atmosférica de fondo y del ruido inducido por las nubes. Además, dicha interfaz, posibilita la configuración de servicios web de mapas para su uso directamente en los SIG. Ello permite descargar solamente el área requerida para el trabajo y utilizar las potencialidades de corrección atmosféricas. A su vez posee la ventaja de que se reduce el volumen de información a descargar y se aumenta la calidad de la imagen [10, 26].
Por su parte, el desarrollo de los VANT ha posibilitado diversificar las aplicaciones de los mismos, ya que pueden ser equipados con excelentes cámaras que ayudan con la exploración del terreno. Las ventajas de su uso son: el aumento de la calidad de las imágenes resultantes debido al empleo de cámaras de alta resolución, la disminución del ruido ambiental a causa del vuelo a baja altura, el aumento de la producción y la posibilidad de escoger el momento oportuno de realizar la fotografía. Pese a todo ello, la aplicación de la fotogrametría en la agricultura se encuentra limitada a aplicaciones de investigación, debido a la baja autonomía de los VANT y la necesidad de emplear poderosos equipos de cómputo para la obtención de las ortofotos [10, 27-29]. Teniendo en cuenta las ventajas y desventajas de uno u otro se decide emplear para el presente trabajo las imágenes satelitales (de Sentinel-2), condicionado principalmente por el área que logran ocupar.
1.5.1 Satélite Sentinel-2
La Misión Espacial Sentinel-2, constituye uno de los mayores avances en el mapeo de sistemas agrícolas; ya que provee relevante información que abarca una franja de aproximadamente 290 km de ancho de la superficie terrestre con elevadas resoluciones. La constelación se basa en dos satélites idénticos (Sentinel 2A y Sentinel 2B) situados en la misma órbita y separados 180º para una óptima cobertura de la Tierra. El primer satélite Sentinel-2 se lanzó el 23 de junio de 2015. La resolución temporal de Sentinel-2, viabiliza el empleo de sus imágenes para el trabajo de las áreas cultivables, ya que se podrá consultar entre una y dos imágenes por semana que cubrirán todas las superficies terrestres, grandes islas y aguas costeras [30-32].
Estos satélites llevan una innovadora cámara multiespectral de alta resolución, con 13 bandas espectrales (9 de ellas en la zona visible) tal como se muestra en la Tabla 1.1. Estas bandas aportan una nueva perspectiva de la superficie terrestre y que permiten realizar filtros a color natural y falso color o componer índices espectrales a máxima resolución. La plataforma Copernicus Open Access Hub ayuda a descargar las imágenes y, herramientas gratuitas como QGIS permiten procesar sus bandas [31, 33].
Tabla 1.1 Bandas espectrales provistas por Sentinel-2.
Número de banda
Resolución (m/pixel)
Longitud de Onda Central
(nm)
Ancho de Banda (nm)
Aplicaciones
1 60 443 20 Detección de aerosol
2 10 490 65 Detección de color azul
3 10 560 35 Detección de color verde
4 10 665 30 Detección de color rojo
5 20 705 15 Clasificación de Vegetación
6 20 740 15 Clasificación de Vegetación
7 20 783 20 Clasificación de Vegetación
8 10 842 115 Detección de NIR
8A 20 865 20 Clasificación de Vegetación
9 60 945 20 Detección de vapor
10 60 1380 30 Discriminación de nubes
11 20 1610 90 Discriminación de hielo
12 20 2190 180 Discriminación de nieve
Cada una de las bandas de Sentinel-2 tiene una resolución particular por lo que, dependiendo del tipo de banda de análisis que se emplee, la visualización de la imagen se verá más o menos limitada. Las composiciones a color natural ofrecen imágenes en la mayor resolución disponible de 10 metros. Otras combinaciones de bandas a falso color limitan los resultados a resoluciones de 10, 20 y 60 metros [31].
Aunque Sentinel-2A y Sentinel-2B mapean de manera común, el ancho espectral de mapeo entre ambos es ligeramente diferente, aunque poco apreciable. Las bandas trabajan a lo largo del espectro visible, el borde rojo, infrarrojo cercano e infrarrojo de onda corta para procesar diferentes bandas de trabajo que se podrán utilizar para el análisis.
La combinación de la alta resolución y las nuevas capacidades espectrales, así como su alto campo de visión y sobrevuelos frecuentes, proporciona vistas de la Tierra sin precedentes.
El mapeo está limitado a zonas terrestres y costeras, por lo que carecen de imágenes provenientes de océanos o de zonas marinas abiertas.
La misión proporciona sobre todo información útil para las prácticas agrícolas y forestales.
Las imágenes de los satélites valen para determinar varios índices vegetativos que permiten predecir la producción de las cosechas, vigilar el crecimiento de las plantas, u otras aplicaciones relativas a la vegetación y puede mapear el estado y los cambios de la superficie terrestres [26].
Como se puede observar el apoyo en las imágenes tomadas de satélites condiciona hasta donde podrá llegar el desarrollo de la AP, su uso ayuda a la agricultura en gran medida tanto en aumento productivo como en calidad, además de evitar pérdidas en la producción.
1.6 Conclusiones del capítulo
El software QGIS posee la capacidad de análisis, procesamiento y presentación de informaciones relacionadas con las técnicas avanzadas de cultivo como son la estimación de humedad del suelo.
La estimación de humedad por teledetección, constituye una alternativa para conocer aproximadamente el valor de este parámetro en extensas áreas cultivables.
La misión espacial Sentinel-2 posee las resoluciones espectrales, espaciales y radiométricas necesaria para la estimación de importantes parámetros agrícolas como la humedad del suelo.
CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS
Este capítulo se centra en proporcionar algunas de las soluciones más importantes para influir de manera positiva en el tránsito de vehículos pesados en terrenos donde la humedad del suelo no permita un buen rendimiento. Se analizan los límites de humedad que presentan los suelos para el trabajo de las maquinarias pesadas, así como dos de los índices vegetativos que se utilizan para estimar la humedad del suelo (análisis espectral único e índice de vegetación). Se estudian además las herramientas de QGIS que permiten realizar un trabajo cómodo y lo más automatizado posible, con el objetivo de mostrar una interfaz de usuario amigable.
2.1 Soluciones para mejorar la traficabilidad de los vehículos en terrenos blandos
Con el conocimiento que se ha adquirido basado en experiencias de otros países en el tema de la mecanización agrícola bajo condiciones de alta humedad, acompañado por el ingenio de los especialistas cubanos, se ha podido crear una serie de soluciones que hacen factible el uso de estas maquinarias en suelos blandos. Estas ideas han propiciado que en los últimos años se han visto disminuidos los inconvenientes que se presentaban con este tema.
Opciones para mejorar la traficabilidad de la maquinaria pesada en suelos con alta humedad
Mejora de la flota:
Con el uso de maquinaria con sistema de rodaje con esteras o neumáticos anchos y de baja presión; se produce un menor daño al suelo y menor posibilidad de atascamiento de la flota
Reducción de la resistencia al movimiento:
Esto se logra con el uso de: mayores radios de rodadura, reducción de peso sobre todo en puentes no motrices, neumáticos y orugas autolimpiables, orugas más largas que anchas para buscar una misma área de apoyo, distribución uniforme de las cargas sobre la oruga.
Mejora de las cualidades dinámicas de tracción y maniobra:
Se alcanza con el uso de: motores más potentes, transmisiones hidromecánicas, alta dirigibilidad.
Mejora de los parámetros geométricos:
Para lograr esta mejoría es necesario el uso de: iguales anchos de vías en todos los puentes, ancho de vías y despeje ajustables.
El paso de cualquier vehículo sobre el suelo supone acciones y reacciones con respecto a su superficie de apoyo, tal es el caso de las cosechadoras cañeras usando neumáticos. Para comprender lo que ocurre con estas es necesario conocer las siguientes consecuencias, que conllevan a poder afirmar que este tipo de rodamiento no es el idóneo para realizar el trabajo en condiciones de alta humedad [20]:
El uso de rodajes de mayor radio de rodadura provoca la reducción de la resistencia al movimiento.
El ancho del neumático resulta favorable solo bajo ciertas condiciones donde un bajo hundimiento permite obtener también valores bajos de resistencia a la rodadura, comparando con neumáticos en las mismas condiciones, pero más estrechos.
En la misma medida que el neumático sea menos rígido, para una misma carga sobre el eje este se deformará más incrementando su área de apoyo; pero a su vez reduciendo su radio de rodadura, por lo que esta vía para reducir las tensiones normales sobre el suelo tiene resultados favorables solo hasta ciertos límites, más allá de ellos que el rodaje se hundirá menos, pero su resistencia al movimiento se incrementará hasta valores que pudieran ser indeseables.
La carga que existe sobre el eje, provoca en la superficie de contacto de la rueda con el terreno, una tensión normal que es la causa del hundimiento del neumático en el suelo blando. En la medida que ese hundimiento sea mayor, también lo será la capa de suelo a deformar durante la rodada y la resistencia a la rodadura.
En el caso de la estera motriz, como en los neumáticos, se producen esfuerzos normales sobre la superficie del terreno; la diferencia va a estar en que el movimiento en esta oportunidad no se produce por efecto de la rodadura directa, sino que va tendiendo una cadena en el camino con suficiente área de sustentación y se rueda sobre ella. Esto hace que en la práctica los rodajes por estera tengan una mejor capacidad de paso, pero resultan más pesados y complejos en su construcción y explotación por lo que su uso se fundamenta solo para condiciones especiales de trabajo como es el caso donde el rodamiento con neumáticos no hace posible un correcto trabajo. Los beneficios del uso de esteras se muestran a continuación[20]:
Analizando la dinámica de movimiento de una estera cuando se avanza, esta logra vencer la resistencia externa provocada por deformar el suelo.
La dinámica de movimiento de las esteras y semiesteras es mucho más compleja que la de los neumáticos por la cantidad de elementos adicionales que se incluyen en su dinámica. Su ventaja fundamental radica en tener un área de apoyo mucho mayor que la del neumático que impide el hundimiento del rodaje en el terreno blando al provocar sobre estos bajos valores de tensiones normales y tangenciales.
La resistencia al movimiento depende del hundimiento del rodaje en el suelo, el radio de rodadura de las ruedas tensoras y la resistencia de los sectores internos de la cadena. Por lo que en la práctica estos valores son mucho más altos que los neumáticos, salvo en casos particulares donde el neumático se hunde y la estera no.
Una carga no uniforme distribuida sobre los sectores de apoyo de la estera puede crear centros con alta concentración de tensiones que pueden modificar negativamente la resistencia al movimiento, la compactación del terreno y las cualidades de tracción o adherencia de la estera. Para lograr los mejores resultados en el movimiento de la misma se debe garantizar que su centro de presión esté lo más cerca posible del centro geométrico del sector de apoyo.
Estas características de uno u otro hacen necesario que se necesite dividir la labor de estas maquinarias (neumáticos o esteras) en dependencias del grado de humedad que presente el suelo. Donde las que portan esteras podrán laborar en las mayores condiciones de humedad.
2.2 Límites de la humedad del suelo
En los tiempos actuales, el deterioro de la estructura de los suelos se incrementa como consecuencia de la intensificación del uso agrícola. Este deterioro ha sido mucho más acentuado y acelerado en las regiones tropicales y subtropicales, debido a las particulares interacciones de las características de los suelos y el clima, con las prácticas de manejo. No considerar la variabilidad espacial de las características de lastierras, no tener en cuenta sus cambios temporales y el uso irracional del recurso suelo, así como la inadecuada planificación,traen consigo rendimientos bajos e inestables [11, 34] .
En Cuba del total de las áreas de cultivo de caña de azúcar por encima del 30 % lo constituyen suelos de alta humedad, a esto se le incrementa que presentan mal drenaje haciendo que este parámetro se acreciente principalmente en épocas lluviosas. Los suelos
